Электрохимический датчик для количественного анализа и электрохимическая измерительная система для количественного анализа

Электрохимический датчик для количественного анализа и электрохимическая измерительная система для количественного анализа

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники

Изобретение относится к одноразовым электрохимическим датчикам такого типа, которые используют для количественного анализа, например, уровней глюкозы в крови, измерения рН и т.п. Конкретнее, изобретение относится к средствам электрического подсоединения таких датчиков к измерительной аппаратуре.

Предшествующий уровень техники

Патент США №5437999 раскрывает электрохимический датчик такого типа, который во время использования электрически соединен с источником питания. Датчик состоит из двух отделенных друг от друга печатных плат, причем каждая имеет металлический слой на одной стороне, и расположенных так, что металлические слои обращены друг к другу на некотором удалении друг от друга. Металлические слои вытравливают фотолитографическим способом для получения областей электродов, которые образуют часть ячейки. На одном конце конструкции подложки электродов вырезают для получения разделенных в боковом направлении выступающих лепестков с нанесенным металлическим слоем. Незащищенные металлические поверхности лепестков выступают в качестве контактных площадок, причем каждая контактная площадка электрически соединена с соответствующим электродом. Контактные площадки, в свою очередь, зацепляются с контактными зубцами, подсоединенными к источнику питания, и обеспечивают электрическое соединение между датчиком и источником питания.

Конструкция согласно патенту США 5437999 имеет недостатки, заключающиеся в том, что подложка должна обладать значительной жесткостью для того, чтобы гарантировать удовлетворительный и надежный электрический контакт. Кроме того, пользователь часто остается неуверенным, удовлетворительно ли датчик соединен с источником питания.

В совместно поданных заявках PCT/AU96/00207, PCT/AU96/00365, PCT/AU96/00723 и PCT/AU96/00724 описаны различные очень тонкие электрохимические ячейки. Каждая ячейка образована между двумя обращенными друг к другу и отделенными друг от друга электродами, которые сформированы в виде тонких металлических покрытий (например, напыленных покрытий), осажденных на тонкую инертную пластиковую пленку (например, из полиэтилентерефталата толщиной 100 мкм). Электроды отделены друг от друга прокладкой толщиной, например, 500 мкм или менее.

Соединительная конструкция согласно патенту США 5437999 не пригодна для использования с чрезвычайно тонкими устройствами датчиков такого типа, который описан в указанных совместно поданных заявках, ввиду гибкости изолирующих электродных носителей. В целом необходимо, чтобы одноразовый датчик был способен просто, быстро, надежно и эффективно соединяться с источником питания в измерительном устройстве неквалифицированными пользователями. Задача настоящего изобретения заключается в преодолении или частичном исключении по меньшей мере одного из недостатков предшествующего уровня техники или в предложении выгодной альтернативы.

Сущность изобретения

В соответствии с первым аспектом изобретение предлагает электрохимический датчик для количественного анализа, приспособленный для электрического соединения с источником питания, имеющим первое средство контакта, причем датчик содержит:

первую изолирующую подложку с нанесенным первым электродом и вторую изолирующую подложку с нанесенным вторым электродом, причем указанные электроды расположены обращенными друг к другу на удалении друг от друга,

первую вырезанную часть, простирающуюся через первую изолирующую подложку и прокладку для того, чтобы открыть первую контактную область на второй изолирующей подложке, что позволяет первому средству контакта осуществить электрическое соединение с первой контактной областью, расположенной на второй изолирующей подложке, причем первая контактная область электрически соединена со вторым электродом, при этом первая изолирующая подложка или прокладка окружает всю периферию первой вырезанной части, причем эта вырезанная часть приспособлена для зацепления защелкиванием с первым средством контакта.

Первая контактная область может находиться (поддерживаться) на заранее определенной глубине от первой изолирующей подложки.

Согласно второму аспекту изобретение предлагает датчик в соответствии с первым аспектом, дополнительно содержащий вторую вырезанную часть, простирающуюся через указанную вторую изолирующую подложку и указанную или иную прокладку для того, чтобы открыть вторую контактную область на первой изолирующей подложке, что позволяет второму средству контакта осуществить электрическое соединение со второй контактной областью, расположенной на первой изолирующей подложке, причем вторая контактная область электрически соединена с первым электродом.

Вторая контактная область может находиться (поддерживаться) на заранее определенной глубине от второй изолирующей подложки.

Согласно третьему аспекту изобретение также предлагает электрохимическую измерительную систему для количественного анализа, содержащую датчик в соответствии с первым или вторым аспектами и измерительное устройство, включающее в себя первое средство контакта и/или второе средство контакта, приспособленное осуществлять электрическое соединение с первой и второй контактными областями соответственно.

Термин "содержащий" используется здесь в охватывающем смысле, т.е. в смысле "включающий в себя" или "содержащий в себе". Термин не предназначен для использования в исключительном смысле ("состоящий из" или "скомпонованный из").

В предпочтительных вариантах реализации изолирующая подложка изготовлена из гибкого изолирующего материала. Второй электрод и первая контактная область сформированы из объединенного слоя металла, осажденного на первую подложку, а более предпочтительно - осажденного на нее посредством напыления. Подходящие металлы включают в себя, но не ограничиваются ими, палладий, золото, платину, иридий и серебро. Можно также применять углерод. Желательно, чтобы средство контакта представляло собой металлическое средство контакта, которое выполнено упруго смещенным с возможностью проникновения сквозь первую вырезанную часть для осуществления контакта с первой металлической контактной областью на второй подложке. В особо предпочтительных вариантах реализации средство контакта приспособлено для зацепления защелкиванием с вырезанной частью, которая простирается сквозь первую изолирующую подложку и прокладку.

С соединителем согласно настоящему изобретению слой прокладки обеспечивает чрезвычайную прочность. Поэтому жесткий соединитель может быть изготовлен с использованием гибких материалов. Это позволяет применять широкий диапазон материалов. В соответствии с настоящим изобретением может быть также просто обеспечено слышимое звуковое подтверждение соединения, в отличие от соединителя, описанного в патенте США 5437999.

Краткое описание чертежей

Изобретение будет ниже описано более подробно только в качестве примера со ссылками на сопроводительные чертежи, на которых:

Фиг.1 изображает вид сверху первого варианта реализации датчика согласно изобретению.

Фиг.2 изображает вид сбоку с разрывом датчика согласно фиг.1 в сечении по линии 2-2.

Фиг.3 является схематичным увеличенным видом, изображающим часть датчика согласно фиг.2 в зацеплении со средствами контакта.

Фиг.4 изображает вид с торца датчика согласно фиг.3 в сечении по линии 4-4.

Фиг.5 изображает вид сверху второго варианта реализации датчика согласно изобретению.

Фиг.6 изображает вид с торца в сечении по линии 6-6 варианта реализации согласно фиг.5.

Фиг.7 изображает вид сбоку в сечении по линии 7-7 варианта реализации согласно фиг.5.

Фиг.8 изображает вид сверху третьего варианта реализации датчика согласно изобретению.

Наилучшие варианты реализации изобретения

На фиг.1-3 изображен первый вариант реализации электрохимического датчика. Датчик содержит прокладку 4 из сложного полиэфира размером приблизительно 25 мм × 5 мм и толщиной 100 мкм, имеющую круглое отверстие 8 диаметром 3,4 мм. Отверстие 8 образует цилиндрическую стенку 10 ячейки. К одной стороне прокладки 4 приклеен лист 1 первой изолирующей подложки из сложного полиэфира с первым покрытием 2 из палладия. Палладий наносят посредством напыления на лист 1 при давлении 4-5 миллибар в атмосфере газа аргона для получения однородного покрытия толщиной приблизительно 100-1000 ангстрем. Лист 1 приклеен посредством клея 3 к прокладке 4, причем палладиевое покрытие 2 прилегает к прокладке 4 и закрывает одну сторону отверстия 8.

Вторая изолирующая подложка 7 представляет собой лист из сложного полиэфира со вторым напыленным покрытием 6 из палладия, приклеенный посредством контактного клея 5 к другой стороне прокладки 4 и закрывающий противоположную сторону отверстия 8. Таким образом образуется ячейка, имеющая цилиндрическую боковую стенку 10 и закрытая с одного торца цилиндра первым электродом из металлического палладия 2. Другая торцевая стенка цилиндра является вторым электродом, изготовленным из палладия 6. В этой сборке сделан вырез 9 для обеспечения средства для поступления раствора в ячейку и для обеспечения возможности выхода воздуха.

Рядом с одним концом 20 проходит вырезанное отверстие 21 сквозь первый изолирующий слой 1 и первый металлический слой 2. В данном примере вырез 21 имеет форму овала. Соответствующая вырезанная в прокладке 4 часть 22 совмещена с вырезом 21. На фиг.3 изображен вид сбоку в сечении датчика, который вставлен в приемную прорезь, выполненную в блоке 30 измерительного аппарата, и в который установлены первое упругое средство 31 контакта и второе упругое средство 32 контакта. После вставки конца 20 датчика в эту прорезь средство 31 контакта проскальзывает по внешней поверхности изолирующего слоя 1 и защелкивается в углубление, образованное отверстиями 21 и 22, для осуществления контакта с частью первой контактной области 23 металлического слоя 6. Первая контактная область 23 является частью того же металлического слоя 6, осажденного на изолирующий слой 7, из которого сформирован второй электрод, и поэтому находится в электрической связи (т.е. электрически соединена) с областью второго электрода ячейки 8. В данном примере контактная область 23 фактически определяется диаметром выреза 22 в прокладке 4.

В варианте реализации, изображенном на фиг.1, вторая круглая вырезанная часть 25, удаленная еще дальше от края 20, чем отверстие 21, проходит через второй изолирующий слой 7 и второй металлический слой 6. Вырезанная часть 26 (см. фиг.2) прокладки 4 соответствует вырезанной части 25 изолирующего слоя 7 и совпадает с ней. Обратимся снова к фиг.3, во время использования датчик имеет такую конфигурацию, которая позволяет второму упруго смещаемому средству 32 контакта проходить через углубление, образованное вырезанными частями 25 и 26, посредством чего упругое средство 32 контакта входит в контакт и осуществляет электрический контакт с металлическим слоем 2 на участке 27 и, посредством этого, - с первым электродом 2 ячейки 8.

Упругие средства 31 и 32 контакта расположены в прорези 30 измерительного устройства и электрически подсоединены к измерительной схеме. При использовании датчик вставляют в прорезь 30 краем 20 вперед. Первое упругое средство 31 контакта проскальзывает по граничной поверхности 1 конца датчика до тех пор, пока оно не встретит первое отверстие 21, 22, при этом оно входит в зацепление защелкиванием с этим отверстием и осуществляет электрический контакт с первой контактной областью 23 металлического слоя 6. Если датчик вставить в прорезь 30 немного дальше, то это вынудит второе средство 32 контакта войти в зацепление защелкиванием со вторым отверстием 25, 26 и осуществить контакт со второй контактной областью 27 металлического слоя 2.

Прокладка 4 окружает оба отверстия и гарантирует, что несмотря на свойственную гибкость изолирующих слоев и тонкость датчика, электрический контакт может быть осуществлен с необходимой точностью.

Второй вариант реализации изобретения изображен на фиг.5, 6 и 7, на которых части, соответствующие по функции соответствующим частям в варианте реализации согласно фиг.1 и 2, обозначены одинаковыми номерами. Основное различие между вторым и первым вариантами реализации заключается в том, что во втором варианте вырезанные части 21, 22 вырезаны на одной боковой стороне датчика, в то время как вырезанные части 25, 26 вырезаны на противоположной боковой стороне датчика. В этом случае средства 31 и 32 контакта разделены в боковом направлении и защелкиваются по существу одновременно в свои соответствующие вырезанные отверстия. Вырезанные отверстия окружены с трех сторон прокладкой 4, а четвертая сторона не закрыта с соответствующих краев датчика.

Хотя в варианте реализации, изображенном на фиг.5, 6 и 7, отверстия находятся на одинаковом расстоянии от края 20, в других вариантах реализации они могут быть отделены друг от друга в продольном направлении, как в случае описанного ранее первого варианта реализации. Это гарантирует, что контакт осуществляется только тогда, когда датчик вставляют с правильной ориентацией, и обеспечивает правильную полярность.

Третий вариант реализации схематично изображен на фиг.8. В этом случае отверстия принимают форму прорезей 21, 25, простирающихся в продольном направлении от края 20. В случае предпочтительного варианта прокладка 4 окружает все края отверстий 21 и 25 на фиг.8, а в менее предпочтительном варианте прокладка 4 окружает только три стороны прорезей 21 и 25, и в этом случае зацепление защелкиванием не достигается или достигается только в том случае, если средства контакта проходят с противоположного направления. Однако преимущество такой области контактной площадки датчика заключается в том, что сохраняется заранее определенное расстояние от противоположной поверхности. Если необходимо, прорези могут отличаться по длине и взаимодействовать со средствами контакта, отделенными друг от друга в продольном направлении, так что вступление в контакт с обоими средствами контакта требует правильно ориентированной вставки датчика.

Должно быть понятно, что и конструкционные материалы, и размеры даны только в качестве примера, и что в изобретении могут использоваться датчики отличающихся дизайна или конструкции. Показанными средствами могут быть обеспечены один, два или более чем два контакта. Изобретение расширено для включения в него источника питания или измерительного устройства при подсоединении к датчику посредством описанных средств. С датчиками согласно изобретению может быть использована любая подходящая форма средства контакта.

1. Электрохимический датчик для количественного анализа, приспособленный для электрического соединения с источником питания, имеющим первое средство контакта, причем датчик содержит

первую изолирующую подложку с нанесенным первым электродом и вторую изолирующую подложку с нанесенным вторым электродом, причем указанные электроды расположены обращенными друг к другу на удалении друг от друга,

первую вырезанную часть, простирающуюся через первую изолирующую подложку и прокладку для того, чтобы открыть первую контактную область на второй изолирующей подложке, что позволяет первому средству контакта осуществить электрическое соединение с первой контактной областью, расположенной на второй изолирующей подложке, причем первая контактная область электрически соединена со вторым электродом, при этом первая изолирующая подложка или прокладка окружает всю периферию первой вырезанной части, причем эта вырезанная часть приспособлена для зацепления защелкиванием с первым средством контакта.

2. Датчик по п.1, дополнительно содержащий вторую вырезанную часть, простирающуюся через указанную вторую изолирующую подложку и указанную или иную прокладку для того, чтобы открыть вторую контактную область на первой изолирующей подложке, что позволяет второму средству контакта осуществить электрическое соединение со второй контактной областью, расположенной на первой изолирующей подложке, причем вторая контактная область электрически соединена с первым электродом.

3. Датчик по п.1, в котором первая контактная область находится на заранее определенной глубине от первой изолирующей подложки.

4. Датчик по п.2, в котором вторая контактная область находится на заранее определенной глубине от второй изолирующей подложки.

5. Датчик по п.1, в котором по меньшей мере одна из первой изолирующей подложки, второй изолирующей подложки и прокладки изготовлена из гибкого изолирующего материала.

6. Датчик по п.5, в котором гибкий изолирующий материал представляет собой сложный полиэфир.

7. Датчик по п.1, в котором по меньшей мере один элемент из первого электрода, первой контактной области, второго электрода и второй контактной области сформирован из осажденного слоя металла.

8. Датчик по п.7, в котором металл выбран из группы, состоящей из палладия, золота, платины, иридия и серебра.

9. Датчик по п.7, в котором металл имеет толщину от 100 до 1000 Å.

10. Датчик по п.7, в котором слой металла осажден с помощью напыления.

11. Датчик по п.1, в котором по меньшей мере один элемент из первого электрода, первой контактной области, второго электрода и второй контактной области сформирован из углерода.

12. Датчик по п.1, в котором первая вырезанная часть и вторая вырезанная часть отделены друг от друга в боковом направлении относительно продольной оси датчика.

13. Датчик по п.1, в котором первая вырезанная часть и вторая вырезанная часть отделены друг от друга в продольном направлении относительно продольной оси датчика.

14. Датчик по п.1, в котором первая вырезанная часть и вторая вырезанная часть отделены друг от друга в продольном и в боковом направлениях относительно продольной оси датчика.

15. Датчик по п.1, в котором первая вырезанная часть вырезана с краю датчика так, что первая вырезанная часть является открытой по меньшей мере с одного края датчика.

16. Датчик по п.1, в котором вторая вырезанная часть вырезана с краю датчика так, что вторая вырезанная часть является открытой по меньшей мере с одного края датчика.

17. Датчик по п.1, в котором прокладка имеет цилиндрическое отверстие, причем это цилиндрическое отверстие имеет цилиндрическую стенку и два торца, указанная цилиндрическая стенка закрыта с одного торца первым электродом, а с другого торца закрыта вторым электродом.

18. Электрохимическая измерительная система для количественного анализа, содержащая источник питания, первое средство контакта, приспособленное осуществлять электрическое соединение с первой контактной областью, и датчик, содержащий

первую изолирующую подложку с нанесенным первым электродом и вторую изолирующую подложку с нанесенным вторым электродом, причем указанные электроды расположены обращенными друг к другу на удалении друг от друга, и

первую вырезанную часть, простирающуюся через первую изолирующую подложку и прокладку для того, чтобы открыть первую контактную область на второй изолирующей подложке, что позволяет первому средству контакта осуществить электрическое соединение с первой контактной областью, расположенной на второй изолирующей подложке, причем первая контактная область электрически соединена со вторым электродом, при этом первая изолирующая подложка или прокладка окружает всю периферию первой вырезанной части, причем первая вырезанная часть приспособлена для зацепления защелкиванием с первым средством контакта.

19. Система по п.18, дополнительно содержащая второе средство контакта, приспособленное осуществлять электрическое соединение со второй контактной областью.

20. Система по п.18, в которой первое средство контакта упруго смещается для проникновения сквозь первую вырезанную часть для осуществления контакта с первой контактной областью.

21. Система по п.19, в которой второе средство контакта упруго смещается для проникновения сквозь вторую вырезанную часть для осуществления контакта со второй контактной областью.

22. Система по п.19, в которой второе средство контакта приспособлено для зацепления защелкиванием со второй вырезанной частью.

23. Система по п.18, в которой прокладка имеет цилиндрическое отверстие, причем это цилиндрическое отверстие имеет цилиндрическую стенку и два торца, указанная цилиндрическая стенка закрыта с одного торца первым электродом, а с другого торца закрыта вторым электродом.